本书是光
通信领域的
最新力作,内容涵盖高级数字光通信中的关键
技术。全书共14章,主要内容包括:各种高级调制格式的光
信号产生方法及在噪声、色散、非线性等因素影响下接收机的性能估计方法;差分相移键控、连续相位调制、多进制幅度和相移键控、光最小频移键控及双二进制等多种基于相干光传输的高级数字调制格式的性能及其涉及的相干检测、滤波技术;使用时间透镜和自适应电光均衡进行光脉冲压缩、电域自适应均衡、光孤子传输、光正交频分复用等能够对抗或者容忍光纤色散的光域/电域处理方法;多种调制格式的实验或仿真结果比较。
本书内容较为前沿,是近年来光通信界在“更宽、更远暠方向上实践探索的一个小结,可作为光通信方向硕士、博士研究生的
教材,也可为从事光通信前沿开发的工程技术人员提供有益参考。
读者对象：本书可作为光通信方向硕士、博士研究生的教材,也可为从事光通信前沿开发的工程技术人员提供有益参考。
译者序
自1970年康宁(Corning)公司拉制出第一根低损耗光纤以来,
光纤通信在容量和传输距离方面表现出的强大优势,使其逐渐占据了通信舞台的主角地位,目前的光纤通信已可实现数Tbps速率、上千km的无电中继传输,给人们的生活带来了巨大的变化。
到目前为止,在绝大部分光纤
通信系统中应用的调制/检测方式仍然是强度调制/直接检测。这种调制/检测方式的主要优点是简单易行,付出的代价是带宽效率和功率效率较低,因此系统的带宽距离积受光纤色散及非线性效应的限制较为严重。而在
无线通信领域中,为提高带宽/功率效率,已提出多种高效率的调制/检测方法,并已得到实践验证。本书关注于将这些高级调制格式移植到光纤通信领域之中,对光纤通信未来的发展有着重要启示。
作者Le N. Binh博士在光纤通信方面有多年的研究与教学经历,本书很多内容取材于其
较新的研究成果。本书不仅可作为相关专业硕士、博士研究生的教材,也可作为光纤通信领
域的研究/开发工程师的重要参考
资料。
本书由解放军理工大学
通信工程学院光纤通信教研室组织翻译。其中,第1、2、9、11、12、13、14章由朱勇翻译,第3章由王永强翻译,第4、5、6、7、8章由项鹏翻译,第10章由蒲涛翻译,译者所在教研室的教师苏洋和研究生冯奎、陈寅芳、曹彦武、孙帼丹、魏志虎等人进行了部分章节的初译和校对工作,朱勇对全书译稿进行了审校和整理。
由于原书在编辑、出版中存有个别不妥之处,尽管我们在翻译时通过查阅大量相关文献,
并在书中相应位置进行了注释说明,加之我们水平有限,难免存在不妥和疏误之处,欢迎广
大读者批评指正。
前言
对于长距离的陆上及洲际电信系统和网络来说,其发展方向有三:(1)延伸透明传输距
离;(2)提高通信容量;(3)在满足以上需求的情况下,尽可能经济。
目前的光通信网络主要使用基于OOK的IM/DD方式实现电信号和光信号之间的变换,该方式实现的传输容量远未达到光载波的信息承载能力极限。如果能够将光载波的幅度、相位、频率均用于表示信息并辅以归零、非归零等多种码型,则前述发展方向并非空中楼阁。不过,要达到该目标,这些光载波调制格式必须能够从容应对传输过程中的各种损伤,包括噪声、畸变及非线性等,此外,它们还必须具有很高的频谱效率。
本书将让读者见证含光放大器的长距离全球通信中的先进传输技术,这正是
数字通信和光通信的交叉融合领域。本书中,二进制和正交幅移键控、相移键控、差分相移键控、连续相移键控、频移键控、多电平调制等多种数字调制方式将被应用于光通信系统之中,诸如正交频
分复用之类的多副载波技术也将上台展示。RZ或NRZ等码型和载波抑制技术等调制格式也
是重点关心的内容,因为在提高信号能量的同时减少了无用的载波能量,它们在抗光纤非线
性方面的能力有目共睹。还有,随着使用超高采样速率的
数字信号处理技术的进展,我们可
借助对光波调制信号进行相干检测以恢复其相位信息,然后在电域进行数字
信号处理。与仅
使用模拟电路相比,椖椨椥技术将极大地降低恢复信号相位的难度。20世纪80年代中发展起
来的相干光通信,在提高光信噪比、延伸无中继距离方面拥有很大的优势,现在,本书将让读
者见证其复兴之路。
本书从
理论、实验和仿真等三个方面对调制和传输进行论述。考虑到很多行业和高校的
研究室都拥有MATLAB仿真建模平台,本书各章节中广泛使用了MATLAB(是MathWorks有限公司的
注册商标,要获得更多的产品信息,请与该公司联系,地址:The MathWorks, Inc., 3 Apple Hill Drive, Natick, MA 01760-2098 USA.;电话:5086477000;传真:5086477001;
E-mail:info@mathworks.com;主页:www.mathworks.com)Simulink进行建模。为了帮助研究
人员和工程师利用椡椓椩椞椓椔开发自己的调制格式和光通信系统,书中提供了部分模型。从易学易用考虑出发,我们选择MATLAB中基于模块集的Simulink软件包进行建模,可节省读者的学习、开发时间。此外,要用好MATLAB Simulink,读者需要充分理解数字通信中各种通
信、
数学模块的原理。MATLAB Simulink中没有此类光通信模块集,因本书的主要目标之一
是帮助读者对自己的系统进行建模,故本书提供了光通信仿真模块的例子并详细介绍了其工
作原理。
本书的目标为:(1)从光通信、光子通信这一视角出发研讨数字
通信原理;(2)从实验工作、
理论研究和仿真建模等角度,在含光放大器的光纤链路上展示各种调制格式的光传输技术;
(3)明确数字调制格式的频谱对于信号的有效传输、抗损伤能力和增大通信容量的重要作用。
目录
第1章 概述……………………………………………………………………………………… 1
1.1 数字光通信和光传输系统:挑战性问题……………………………………………… 1
1.2 关键技术………………………………………………………………………………… 3
1.3 本书章节结构………………………………………………………………………… 10
参考文献……………………………………………………………………………………… 13
第2章 光发送机……………………………………………………………………………… 16
2.1 光调制器……………………………………………………………………………… 16
2.2 归零光脉冲…………………………………………………………………………… 21
2.3 差分相移键控………………………………………………………………………… 26
2.4 各种调制格式的产生………………………………………………………………… 27
2.5 数字调制方式的频谱特性…………………………………………………………… 44
2.6 总结…………………………………………………………………………………… 46
习题 长距离传输系统中的高级调制格式………………………………………………… 47
第3章 光接收机和传输性能………………………………………………………………… 54
3.1 引言…………………………………………………………………………………… 54
3.2 数字光接收机………………………………………………………………………… 55
3.3 二进制幅度调制格式的性能估计…………………………………………………… 58
3.4 不同调制格式下光接收机的量子极限……………………………………………… 62
3.5 二进制相干光接收机………………………………………………………………… 68
3.6 DSPK和MSK的非相干检测………………………………………………………… 69
3.7 传输损伤……………………………………………………………………………… 71
3.8 光通信系统的MATLAB Simulink仿真器…………………………………………… 76
3.9 性能估计……………………………………………………………………………… 83
3.10 光源线宽的影响……………………………………………………………………… 94
3.11 总结…………………………………………………………………………………… 96
3.12 附录…………………………………………………………………………………… 97
习题…………………………………………………………………………………………… 98
参考文献…………………………………………………………………………………… 104
第4章 相干光传输…………………………………………………………………………… 106
4.1 相干检测……………………………………………………………………………… 106
4.2 相干与非相干光传输技术…………………………………………………………… 113
4.3 光滤波器和相位比较器……………………………………………………………… 117
4.4 连续相位和差分相位的相移键控…………………………………………………… 119
4.5 光纤传输与非线性…………………………………………………………………… 123
4.6 多电平光调制:基本理论…………………………………………………………… 130
4.7 相干OFDM………………………………………………………………………… 133
4.8 总结…………………………………………………………………………………… 137
参考文献…………………………………………………………………………………… 137
第5章 差分相移键控光系统………………………………………………………………… 140
5.1 引言…………………………………………………………………………………… 140
5.2 光DSPK调制与格式………………………………………………………………… 141
5.3 DSPK传输实验……………………………………………………………………… 149
5.4 DQPSK调制格式…………………………………………………………………… 159
5.5 不同格式及ASK和DSPK的比较………………………………………………… 168
5.6 总结…………………………………………………………………………………… 173
参考文献…………………………………………………………………………………… 174
附录:DQPSK光通信系统的MATLAB Simulink模型…………………………………… 175
第6章 连续相位调制格式光系统…………………………………………………………… 178
6.1 引言…………………………………………………………………………………… 178
6.2 光MSK调制信号的产生…………………………………………………………… 180
6.3 多进制CPFSK调制光信号的检测………………………………………………… 182
6.4 二幅度光MSK格式………………………………………………………………… 187
6.5 光最小频移键控……………………………………………………………………… 188
6.6 仿真结果与讨论……………………………………………………………………… 189
6.7 总结…………………………………………………………………………………… 195
参考文献…………………………………………………………………………………… 195
第7章 多进制幅度和相移键控光传输……………………………………………………… 197
7.1 引言…………………………………………………………………………………… 197
7.2 幅度和差分相位调制………………………………………………………………… 198
7.3 MADSPK光传输……………………………………………………………………… 212
7.4 传输性能……………………………………………………………………………… 220
7.5 星形16进制QAM光传输…………………………………………………………… 231
7.6 不带相位估计的相干接收机………………………………………………………… 242
7.7 总结…………………………………………………………………………………… 247
7.8 其他用于100Gbps以太网传输的多电平、多子载波调制格式…………………… 247
7.9 结论与总结…………………………………………………………………………… 255
参考文献…………………………………………………………………………………… 257
第8章 光MSK信号的鉴频接收机………………………………………………………… 260
8.1 OFDR的工作原理…………………………………………………………………… 260
8.2 接收机建模…………………………………………………………………………… 261
8.3 接收机
设计…………………………………………………………………………… 264
8.4 光鉴频滤波器的最佳带宽和中心频率的选择……………………………………… 266
8.5 接收机性能…………………………………………………………………………… 268
8.6 OFDR对色散的鲁棒性……………………………………………………………… 270
8.7 二电平光最小频移键控(MSK) …………………………………………………… 276
8.8 总结…………………………………………………………………………………… 279
参考文献…………………………………………………………………………………… 280
第9章 部分响应和单边带调制格式………………………………………………………… 282
9.1 部分响应:双二进制调制格式……………………………………………………… 282
9.2 双二进制直接检测接收机…………………………………………………………… 294
9.3 系统传输和性能……………………………………………………………………… 296
9.4 密集波分复用残留边带调制光传输………………………………………………… 311
9.5 单边带调制…………………………………………………………………………… 323
9.6 结论与总结…………………………………………………………………………… 323
参考文献…………………………………………………………………………………… 324
第10章 时间透镜和自适应电光均衡……………………………………………………… 326
10.1 引言………………………………………………………………………………… 326
10.2 空时对偶性和均衡………………………………………………………………… 326
10.3 传输与均衡的仿真………………………………………………………………… 335
10.4 160Gbps传输系统中的均衡……………………………………………………… 344
10.5 结论………………………………………………………………………………… 360
参考文献…………………………………………………………………………………… 361
第11章 光传输系统中的电信号处理……………………………………………………… 363
11.1 引言………………………………………………………………………………… 363
11.2 电域数字处理均衡………………………………………………………………… 365
11.3 均衡传输函数的系统性能………………………………………………………… 367
11.4 光传输中双二进制调制格式的电域线性倍采样均衡器………………………… 381
11.5 MSK光传输系统的非线性MLSE均衡器………………………………………… 385
11.6 光MSK系统的MLSE均衡器……………………………………………………… 387
11.7 MLSE方案性能…………………………………………………………………… 390
11.8 光信号传输的不确定度…………………………………………………………… 401
11.9 各种调制格式的电域色散补偿…………………………………………………… 403
11.10 结论………………………………………………………………………………… 407
参考文献…………………………………………………………………………………… 408
第12章 光孤子传输………………………………………………………………………… 411
12.1 引言………………………………………………………………………………… 411
12.2 非线性传播理论
基础……………………………………………………………… 411
12.3 孤子求解方法……………………………………………………………………… 413
12.4 基态孤子和高阶孤子……………………………………………………………… 415
12.5 基态孤子的相互作用……………………………………………………………… 418
12.6 孤子脉冲传输系统和逆散射法…………………………………………………… 424
12.7 光纤中孤子对的相互作用………………………………………………………… 432
12.8 孤子的产生………………………………………………………………………… 436
12.9 总结………………………………………………………………………………… 455
参考文献…………………………………………………………………………………… 456
第13章 OFDM光传输系统………………………………………………………………… 457
13.1 引言………………………………………………………………………………… 457
13.2 光OFDM传输系统………………………………………………………………… 462
13.3 针对100Gbps以太网的OFDM和DQPSK格式………………………………… 466
13.4 总结………………………………………………………………………………… 467
参考文献…………………………………………………………………………………… 467
第14章 带光放大的长距离传输系统和网络中各种调制格式的比较…………………… 468
14.1 明确调制方式抗损伤特征………………………………………………………… 468
14.2 幅度、相位和频率调制格式之比较………………………………………………… 469
14.3 调制格式与全光网………………………………………………………………… 481
14.4 混合40Gbps和10Gbps的光网络中相邻10/40Gbps信道的影响:
328km SSMF+可补偿320km色散的DCF……………………………………… 483
14.5 超快光网络………………………………………………………………………… 483
参考文献…………………………………………………………………………………… 485
中
英文术语对照……………………………………………………………………………486
